【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 calar Parameters,彈出“Scalar Parameters”對(duì)話框，在“Selection”輸入：“_h=,_length=1,_width=,_height=,epsr=,rvsigma=,cond=”。圖43設(shè)置參數(shù)（1） 定義單元類型和實(shí)常數(shù)對(duì)于HF119和HF20單元，以下面兩種方式來定義單元類型和關(guān)鍵項(xiàng)選擇命令: ET, ITYPE, Ename, KEYOPT(1),KEYOPT(5)GUI: Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete圖44定義單元類型KEYOPT(1)選項(xiàng)用來定義單元多項(xiàng)式的階數(shù)，KEYOPT(1)=0或1是一階單元，KEYOPT(1)=2是二階單元。定義KEYOPT(1)=2（二階），單元會(huì)自動(dòng)內(nèi)插值增加自由度，以提高求解精度。不要在一個(gè)模型中同時(shí)混合使用不同階數(shù)的單元。（一階單元和二階單元都有中間節(jié)點(diǎn)）KEYOPT(4)選項(xiàng)用來解決一些特殊的高頻問題的分析求解。KEYOPT(4)=0定義普通單元（缺省值），KEYOPT(4)=1定義PML單元，KEYOPT(4)=2定義特殊的散射單元。當(dāng)用等效磁場(chǎng)源(soft source magnetic field)作為激勵(lì)源（BF,H選項(xiàng)）時(shí)，在接受反射波的區(qū)域中的單元上需要定義此關(guān)鍵選項(xiàng)。在后面的“完全匹配層”中對(duì)PML有相應(yīng)的介紹，在后面的“表面磁場(chǎng)源”中對(duì)散射單元和等效磁場(chǎng)源激勵(lì)有相應(yīng)的介紹。HF118單元僅用于模態(tài)分析，后面“高頻模態(tài)分析”中將詳細(xì)介紹。（2） 說明高頻分析計(jì)算使用的單位制ANSYS的高頻電磁場(chǎng)分析中使用MKS單位制，自由空間導(dǎo)磁率為4p107H/m，1012F/m。EMUNIT命令詳見《ANSYS命令手冊(cè)》，該命令的缺省值為MKS單位制。關(guān)于MKS單位制參見《ANSYS耦合場(chǎng)分析指南》中耦合場(chǎng)分析一章的具體描述。（3） 說明材料特性高頻分析要求輸入三種材料特性：相對(duì)導(dǎo)磁率對(duì)角張量(MURX、MURY和MURZ)、相對(duì)介電常數(shù)對(duì)角張量(PERX、PERY和PERZ)和電阻率對(duì)角張量（RSVX、RSVY和RSVZ）。對(duì)于均勻介質(zhì)，程序缺省認(rèn)為MURY和MURZ等于MURX，PERY和PERZ等于PERX，RSVY和RSVZ等于RSVX。X，Y，Z指用ESYS命令定義的單元坐標(biāo)系中的正交坐標(biāo)。輸入的導(dǎo)磁率和介電常數(shù)必須是與自由空間相比的相對(duì)值，導(dǎo)磁率是自由空間導(dǎo)磁率和相對(duì)導(dǎo)磁率的乘積，介電常數(shù)是自由空間介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)的乘積。相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)介電常數(shù)的有效值為大于或等于1[10]。對(duì)均勻有耗介質(zhì)材料，可以通過說明介質(zhì)材料電導(dǎo)率與損耗角正切LSST(tand)的關(guān)系來進(jìn)行定義。損耗角正切LSST(tand)與介質(zhì)材料電導(dǎo)率的關(guān)系可以表達(dá)為：tand=s/2πfe0ev f為頻率(Hz)，s為電導(dǎo)率(S/m)，e0為自由空間介電常數(shù)（F/m），ev為相對(duì)介電常數(shù)。定義屬性：Main Menu PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。圖45定義材料類型圖46設(shè)置參數(shù)2建立模型、定義材料特性、劃分網(wǎng)格利用ANSYS前處理器（PREP7）建立幾何模型，這與大多數(shù)分析類型的建模過程完全一樣，詳見《ANSYS建模和分網(wǎng)指南》。（1） 定義模型各部分的特性在進(jìn)行網(wǎng)格劃分以前，要對(duì)模型的各個(gè)部分定義單元類型和材料號(hào)。用3D的HF119和HF120劃分的模型區(qū)域，可以用VATT命令來完成材料的定義。用不同的材料號(hào)區(qū)別不同的材料區(qū)域。下表給出了處理不同材料區(qū)域的一般原則表2處理材料區(qū)域的一般原則材料原則空氣定義相對(duì)磁導(dǎo)率和介電常數(shù)為1無耗介質(zhì)定義相對(duì)磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，既可是各向同性，也可是各向異性（即預(yù)先定義的單元坐標(biāo)系中的對(duì)角線張量）。已知導(dǎo)電率的有耗介質(zhì)定義相對(duì)磁導(dǎo)率、相對(duì)介電常數(shù)和電阻（1/導(dǎo)電率），既可是各向同性的，也可是各向異性的。（即預(yù)先定義的單元坐標(biāo)系中的對(duì)角線張量）已知損耗角正切的有耗介質(zhì)定義相對(duì)磁導(dǎo)率、相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切。若同時(shí)定義了電阻和損耗角正切，則程序只使用損耗角正切建立幾何模型：Main Menu PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions。圖47定義幾何模型圖48腔體三維模型（2） 劃分網(wǎng)格用ANSYS前處理器（PREP7）來劃分實(shí)體模型。參見《ANSYS建模和網(wǎng)格劃分指南》。網(wǎng)格劃分必須達(dá)到一定的精度，以使離散的有限網(wǎng)格模擬連續(xù)材料分布時(shí)帶來的誤差足夠小。通常，一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度最少需要10個(gè)單元來模擬。為獲得更準(zhǔn)確的S參數(shù)計(jì)算結(jié)果，相對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)口要盡可能地在波傳播方向上按照對(duì)應(yīng)的1：1的比例進(jìn)行網(wǎng)格劃分。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)密度并劃分網(wǎng)絡(luò)：Main Menu PreprocessorModelingMeshTool。圖48定義網(wǎng)絡(luò)圖49設(shè)置參數(shù)點(diǎn)擊如圖414中的“Pick All“，得如圖410所示的網(wǎng)絡(luò)劃分圖。圖410腔體網(wǎng)絡(luò)三維3加邊界條件和載荷（激勵(lì)）ANSYS程序可以對(duì)實(shí)體模型，也可以對(duì)有限元模型施加邊界條件與載荷。前者的好處在于使得施加的邊界條件和載荷獨(dú)立于有限元模型，在進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化后無需重新加載。（1） 加邊界條件下表給出了進(jìn)行高頻電磁場(chǎng)分析的有效邊界條件和載荷，你可以在實(shí)體模型或者有限元模型上施加相應(yīng)的邊界條件。詳見后面的講述。表3高頻電磁場(chǎng)分析常用邊界條件邊界條件實(shí)體模型有限元模型完全導(dǎo)電體（PEC）線或面節(jié)點(diǎn)完全導(dǎo)磁體（PMC）不必要施加1不必要施加1阻抗邊界條件（IBC）面節(jié)點(diǎn)完全匹配層（PML）不能施加單元等效源表面標(biāo)志不能施加節(jié)點(diǎn)或單元PMC邊界條件作為自然邊界條件會(huì)在有限元分析進(jìn)行泛函分析時(shí)已經(jīng)自然地得到滿足。施加電壁邊界條件：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyElectricBoundaryElectric WallOn Areas。圖411定義邊界點(diǎn)擊“Pick All”給所有的面施加電避邊界條件。圖412設(shè)置點(diǎn)壁邊界定義表面屏蔽特性。點(diǎn)擊“Pick ALL”彈出如圖418所示對(duì)話框。圖413定義表面屏蔽特性點(diǎn)擊“OK”設(shè)置好參數(shù)。通過對(duì)邊界上自由度（DOF）的約束來定義PEC邊界條件（也叫做電壁條件）。一般認(rèn)為PEC邊界條件為理想邊界條件，即，可以忽略不計(jì)傳導(dǎo)損耗?？紤]PEC邊界條件后，就可以不再對(duì)周圍的導(dǎo)體進(jìn)行建模了，只需在邊界面上施加電場(chǎng)切向分量為0的PEC邊界條件即可。當(dāng)利用對(duì)稱性簡(jiǎn)化模型時(shí)，也可用PEC條件來施加對(duì)稱性邊界條件。對(duì)PEC條件，可以用D,DL,DA命令設(shè)置表面的AX自由度為0。因?yàn)閷?dǎo)體表面邊、面上的自由度AX都是沿導(dǎo)體表面切向分布，故可以直接對(duì)表面邊、面的自由度賦0。具體參見《ANSYS理論手冊(cè)》，可以了解到更多的關(guān)于切向矢量有限元的理論。當(dāng)然，也可以通過GUI方式來施加PEC邊界條件。命令：D, DL, or DAGUI:Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyElectric BoundaryElectric WallOn NodesMain MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyElectric BoundaryElectric WallOn LinesMain MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyElectric Boundary Electric WallOn Areas（2） 求解選擇分析類型：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis,彈出“New Analysis”選擇分析類型對(duì)話框，如圖419所示，在單選框中選擇“Modal”，單擊“OK”，設(shè)置模態(tài)分析。圖414模態(tài)設(shè)置圖415設(shè)置參數(shù)416定義模態(tài)設(shè)置好如圖所示的參數(shù)。進(jìn)行求解運(yùn)算。（3） 查看結(jié)果圖417腔體立體模型顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量圖如圖418所示。圖418腔體磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量圖顯示電場(chǎng)強(qiáng)度矢量圖如圖419所示。圖419電場(chǎng)強(qiáng)度矢量圖（4） 計(jì)算品質(zhì)因數(shù)Main MenuGeneral PostprocElecamp。Mag CavityQfactor,彈出“Calculate Qfactor”計(jì)算品質(zhì)因數(shù)對(duì)話框，單擊“OK”，彈出一個(gè)信息框，如圖425所示。圖420品質(zhì)因數(shù) 算例：腔體高頻模態(tài)分析本節(jié)描述如何使用命令流進(jìn)行高頻模態(tài)分析?？梢杂妹盍饕部梢杂孟乱还?jié)中的GUI模式。 問題描述計(jì)算聚四氟乙烯填充的銅壁腔體的TE101模的本征頻率和品質(zhì)因素。此例題中假設(shè)介質(zhì)損耗和表面損耗都非常小，不影響本征頻率的求解。分析中使用到的相關(guān)材料特性、幾何參數(shù)、屏蔽表面特性等如下表所示：表4材料特性、幾何參數(shù)、屏蔽表面特性材料特性幾何特性屏蔽表面特性μr=d=μr=εr=w=τ= S/m ANSYS的命令流實(shí)現(xiàn)：/batch,list/prep7/show/title, Eigenvalue analysis of a dielectricfilled cavity/,　Calculate the TE101 mode eigenfrequency and Quality/, factor　in a Teflonfilled cavity with copper walls/,et,1,hf120,2! HF solid brick element, 2nd ordermp,murx,1,1.! Relative permeability teflonmp,perx,1,! Relative permittivity teflonmp,rsvx,1,! Resistivity teflonblock,0,1,0,.4,0,.3! Create cavity/view,1,1,1,1/replotesize,.08mshape,0,3d! Hex elementsmshkey,1! Mapped meshvmesh,1! Mesh volumeda,all,ax,0! Set electric wall condition (tangential E=0)sfa,all,shld,.58e8, ! specify surface shielding propertiesfinish/soluantype,modal! Modal analysismodopt,lanb,1,on! Block Lanczos solver (the default)mxpand,yes! Expand modesolvefinish/post1set,last/view,.75,.5,.6/vup,1,zplvect,h,vect,node,on! display H fieldplvect,ef,vect,node,on! display E fieldqfactfinish ANSYS的GUI實(shí)現(xiàn)步驟1:開始分析 GUI界面。FileChange Title. 在對(duì)話框中輸入“Eigenvalue analysis of a dielectric filled cavity” 點(diǎn)擊OK. Frequency OK.步驟 2: 定義單元類型PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete. 出現(xiàn)單元類型對(duì)話框. 出現(xiàn)單元類型庫(kù)對(duì)話框，選擇(高亮度)HF Electromagnet和3D Brick 120 (HF120).，點(diǎn)擊 OK.Element polynomial order K1選項(xiàng)，選擇“Second order elm” ，點(diǎn)擊 OK. Close步驟 3: 定義材料屬性PreprocessorMaterial PropsMaterial Models. 出現(xiàn)定義材料的對(duì)話框，對(duì)以下項(xiàng)目“Electromagnetics, Relative Permeability, Constant”進(jìn)行依次雙擊，出現(xiàn)對(duì)話框 (相對(duì)導(dǎo)磁率)為1,點(diǎn)擊 ，對(duì)以下項(xiàng)目“Resistivity, Constant”進(jìn)行依次雙擊，出現(xiàn)對(duì)話框 (電阻率).，對(duì)以下項(xiàng)目“Relative Permittivity, Constant”進(jìn)行依次雙擊，出現(xiàn)對(duì)話框(相對(duì)介電常數(shù)),點(diǎn)擊OK.Exit 退出材料定義對(duì)話框。步驟 4: 建立腔體幾何模型 MainMenuPreprocessorCreateBlockBy Dimensions:X10X21Y10Y2.4Z10Z2.3 OK. PlotCtrlsPan, Zoom, Rotate. 點(diǎn)擊 Iso. 點(diǎn)擊 Close.步驟 5:對(duì)腔體進(jìn)行網(wǎng)格劃分PreprocessorMeshTool. 的尺寸控制部分, 點(diǎn)擊Globl.SIZE Element edge length. OK返回MeshTool.. . All.，點(diǎn)